Foldit, 단백질 접힘을 퍼즐 게임으로 바꾸다 — 57,000명의 플레이어가 컴퓨터를 이겼다

워싱턴 대학의 Rosetta@Home 화면 보호기는 자원봉사자들의 유휴 컴퓨터를 이용해 단백질을 접었지만, 플레이어들은 소프트웨어가 명백한 실수를 저지르고 있다고 계속 이메일을 보냈고, 연구실은 컴퓨터가 실패하는 영역에서 인간의 공간 추론을 활용하고자 했다.

단백질 구조 예측을 누구나 할 수 있는 경쟁적인 3D 퍼즐로 바꾸는 것 — 생화학으로 점수가 매겨지는 인간의 공간 직관이 실제 연구에 기여한다.

2008년 베이커의 연구실과 컴퓨터 과학자 세스 쿠퍼, 조란 포포비치는 Foldit을 출시했다. 플레이어들은 게임 도구로 3D 단백질 모델을 비틀고 당기며, Rosetta의 에너지 함수로 점수가 매겨진다. 2010년 57,000명의 플레이어를 분석한 결과 인간은 10개 퍼즐 중 5개에서 알고리즘을 이겼고, 2011년 플레이어들은 10년간의 실패 끝에 열흘 만에 M-PMV 레트로바이러스 프로테아제의 정확한 모델을 만들어냈다.

2010년 Nature 연구는 57,000명의 플레이어가 예측 퍼즐의 절반에서 Rosetta를 능가했다는 것을 발견했고, 2011년 플레이어들이 열흘 만에 만든 M-PMV 레트로바이러스 프로테아제 모델은 그 효소의 결정 구조를 밝혀내어 연구자들에게 항레트로바이러스 약물 개발을 위한 새로운 표적을 제공했다.

2008년 워싱턴 대학은 단백질 구조 예측을 3D 퍼즐로 바꾸는 무료 온라인 게임 Foldit을 출시했다. 플레이어들은 테트리스 같은 도구 세트로 스파게티처럼 얽힌 단백질 모델을 조작하며, 모든 움직임은 연구자들이 사용하는 것과 동일한 에너지 함수인 Rosetta로 점수가 매겨지므로, 게임에서의 성공은 곧 과학에서의 성공과 같다.

이 아이디어는 자원봉사자들의 유휴 PC를 이용해 단백질을 접는 분산 컴퓨팅 화면 보호기인 Rosetta@Home에서 비롯되었다. 그 플레이어들은 소프트웨어가 잘못된 일을 하는 것을 볼 수 있다고 계속 편지를 보냈고, 그래서 생화학자 데이비드 베이커의 연구실은 컴퓨터 과학자 세스 쿠퍼, 조란 포포비치와 협력하여 인간의 공간 추론을 중심으로 한 게임을 만들었다.

이 접근법은 통했다. 2010년 Nature의 57,000명 플레이어 분석에 따르면 사람들은 10개의 예측 퍼즐 중 5개에서 알고리즘을 이겼고 3개에서는 동등한 성과를 냈다. 2011년, 과학자들이 분자 대체법으로 M-PMV 레트로바이러스 프로테아제의 구조를 풀지 못한 지 10년이 넘은 후, Foldit 플레이어들은 열흘 만에 정확한 모델을 만들어냈고, 이는 그 효소의 결정 구조로 이어져 항레트로바이러스 약물 설계를 위한 새로운 단서를 제공했다.

어려운 과학적 문제를 경쟁적인 게임으로 재구성하여, 한 명의 전문가 대신 수천 명의 훈련받지 않은 사람들이 참여하게 했다.

점수 함수는 게임의 허구가 아닌 실제 생화학이었다 — 높은 점수는 더 나은 단백질 모델을 의미했으므로, 플레이 자체가 연구 데이터를 생산했다.

2010년 Rosetta와의 직접 대결에서 보여주었듯이, 패턴 매칭 알고리즘이 부족했던 바로 그 능력인 인간의 공간 직관을 활용했다.

2011년 프로테아제 해결은 이 아이디어가 전문적인 방법을 능가할 수 있음을 입증했다. 분자 대체법이 10년 동안 실패했던 일을 열흘 만에 해낸 것이다.

점수 함수를 과학으로 삼고 아마추어들에게 실제 퍼즐을 주어라. 수천 명의 훈련받지 않은 플레이어들의 패턴 인식 능력이 연구 도구가 되며, 참여 자체가 기여다.

워싱턴 대학 팀에 따르면 Foldit은 계속 온라인에 남아 있었고, 그 플레이어들은 암 및 알츠하이머 연구와 관련된 단백질 작업을 돕기 위해 나아갔다. Nature Structural & Molecular Biology에 발표된 2011년 M-PMV 구조는 게임 플레이어들이 실제 구조 생물학 문제를 해결할 수 있다는 정설적 증거가 되었으며, 이 게임은 크라우드소싱 과학의 기준점으로 남아 있다 — 놀이가 동료 심사를 거친 결과를 낳은 순간이다.